在 Python 中序列化 C 结构并通过套接字发送

Question

我正在尝试序列化以下 C 结构

struct packet
{
    int id;
    unsigned char *ce;
    unsigned char *syms;
};

在 Python 中并通过套接字发送。

ce

和

syms

指向的元素个数已知为

N

。目前我正在这样做。首先，我使用 ctypes 将结构包装为

class Packet(Structure):
    _fields_ = [("id",  c_int),
                ("ce", POINTER(c_ubyte)),
                ("syms", POINTER(c_ubyte))]

然后，我使用

fill_data

中的

ctypes.POINTER(Packet)

函数填充以下类的对象：

class DataLoad:
    def __init__(self):
        self.id = -1
        self.ce = []
        self.syms = []

    def fill_data(self, pkt_p):
        """ pkt_p is POINTER(Packet)
        """
        self.id = pkt_p.contents.id
        self.ce = []
        for i in range(N):
            self.ce.append(pkt_p.contents.ce[i])
        self.syms = []
        for i in range(N):
            self.syms.append(pkt_p.contents.syms[i])

最后我干脆用

pickle.dumps(DataLoad)

生成字节流发送了

这种方法效果很好。但是，它似乎很慢。我能看到的一个原因是

pickle.dumps

带来很多开销。例如，如果 C 结构只有 1024 个字节，我可能必须使用 pickle 为每个结构发送近 4000 个字节。此外，打包/填充 DataLoad 也需要时间。

所以我的问题是，我是否有其他更好的选择来在 python 中序列化此 C 结构并发送？我宁愿避免 pickle 并填充一个单独的类实例。谢谢。

Answer 1

最后我想出了以下方法来手动序列化 `Packet' 实例而不使用 pickle。

def serialize(pkt_p, size_g, size_p):
    """ Serialize Packet instance
        size_g - number of elements pointed by ce
        size_p - number of elements pointed by syms
        Return a byte stream
    """ 
    pktstr = b''
    pktstr += struct.pack('i', pkt_p.contents.id)
    pktstr += string_at(pkt_p.contents.ce, size_g)
    pktstr += string_at(pkt_p.contents.syms, size_p)
    return pktstr

def deserialize(pkt_p, pktstr, size_g, size_p):
    """ De-serialize pktstr and fill a POINTER(Packet)
    """
    pkt_p.contents.id = struct.unpack('i', pktstr[0:4])[0]
    ce = (c_ubyte * size_g).from_buffer_copy(pktstr[4:4+size_g])
    pkt_p.contents.ce = cast(ce, POINTER(c_ubyte))
    syms = (c_ubyte * size_p).from_buffer_copy(pktstr[-size_p:])
    pkt_p.contents.syms = cast(syms, POINTER(c_ubyte))

string_at()

和

from_buffer_copy()

功能是关键。

Answer 2

首先，如果您知道元素的数量为 N，我建议您将结构更改为：

class Packet(Structure):
    _fields_ = [("id", c_int),
                ("ce", c_ubyte * N),
                ("syms", c_ubyte * N)]

接下来，如果你只想发送结构数据，你不需要 pickle 整个东西。只需发送数据包：

p = Packet()
p.id = 555
...
# cast the struct to a pointer to a char array
pdata = ctypes.cast(ctypes.byref(p), ctypes.POINTER(ctypes.c_char * ctypes.sizeof(p)))
# now you can just save/send the struct data
someSocketObject.send(pdata.contents.raw)

读取对方数据：

p = Packet()
raw = someSocketObject.read(ctypes.sizeof(p))
ctypes.memmove(ctypes.pointer(p),raw,ctypes.sizeof(p))

Answer 3

Packer 是一个用于序列化和反序列化数据的存储库，适用于 python 和 C。

https://github.com/souzomain/Packer

from Packer import Packer, Parser

packer = Packer()
packer.add_str("hello world")

print(f"packet size: {packer.get_size()} | packet: {packer.get_buffer()}")

parser = Parser(packer.get_buffer(), packer.get_size())
print(parser.parse_str())